专利名称：一组中高温热泵混合工质的制作方法
技术领域：
本发明属于热泵或制冷、空调系统中的制冷剂，尤其适合作为冷凝温度为60-120℃的中高温热泵系统中的制冷工质。
背景技术：
对于生产和生活中大量存在的、对热能品位要求相对较低(温度为60-160℃)的用能环节，采用热泵供热技术不仅有比常规供能方式更高的总能利用效率，减少CO2排放(从而降低温室效应)，还可有效利用工业余热、地热能、太阳能、以及环境(空气、土壤、地表水或浅层地下水)中蕴含的低品位热能，减小余热排放造成的热污染。当前，热泵技术正向中高温(冷凝温度为80-100℃)、高温(冷凝温度高于100℃)热泵方向发展，而制约其发展的关键问题之一，就是缺乏适合的循环工质。以往曾用作高温热泵系统工质的物质有CFC11、CFC113、CFC114等，它们均为CFC类物质，其臭氧层破坏势(ODP)及温室效应势(GWP)都很大，发达国家已于1996年禁用，发展中国家也将于2010年禁用。目前应用较多的以HCFC22或其替代物R407C、R410A等为工质的空调-热泵系统，能够提供的热水最高温度为50-55℃(再高将不仅循环性能恶化，还将因突破系统的压力和排温上限而造成事故)，无法提供更高温度水平的热能。开发环境友好、热力性能优良的新型工质，对中高温热泵技术的发展至关重要。
本发明提供的混合工质，是为冷凝温度为60-120℃的中高温热泵系统应用而研制的，也可用作离心式制冷、空调机组的工质。
发明内容
本发明的目的是提供一组适于中高温热泵机组应用的新工质，使其环境特性和循环性能俱佳。
本发明内容介绍及实施例一组中高温热泵混合工质，含有1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷(HCFC-123)，一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，一氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，异丁烷(HC600a)，1，1，1，3，3，3，-六氟丙烷(HFC-236fa)等组元物质。各组元物质的基本参数如表1所示。由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-142b组成中高温热泵混合工质-1，由HFC-152a、HCFC-124、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-2，由HFC-152a、HFC-134a、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-3，由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-4，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-245fa组成中高温热泵混合工质-5，由HCFC-124、HCFC-142b、HFC-152a组成中高温热泵混合工质-6，由HFC-134a、HCFC-142b、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-7，由HFC-134a、HCFC-124、HFC-245fa组成中高温热泵混合工质-8，由HFC-152a、HFC-134a、HFC-236fa组成中高温热泵混合工质-9，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-236fa组成中高温热泵混合工质-10，由HCFC-124、HC-600a组成中高温热泵混合工质-11。其具体配比(质量百分数)为HFC-134a/HCFC-124/HCFC142-b(中高温热泵混合工质-1，包含HCFC-142b为零组分时，HFC-134a/HCFC-124为二元混合工质)5-50/30-90/0-60％，HFC-152a/HCFC-124/HCFC-123(中高温热泵混合工质-2)5-30/40-90/20-60％，HFC-152a/HFC-134a/HCFC-123(中高温热泵混合工质-3)5-40/30-90/5-70％，HFC-134a/HCFC-124/HCFC-123(中高温热泵混合工质-4，包含HCFC-124为零组分时，HFC-134a/HCFC-123为二元混合工质)20-90/0-40/10-80％，HFC-152a/HCFC-124/HFC-245fa(中高温热泵混合工质-5)5-30/40-90/5-30％，HCFC-124/HCFC-142b/HFC-152a(中高温热泵混合工质-6，包含HCFC-142b为零组分时，HCFC-124/HFC-152a为二元混合工质)40-95/0-30/5-30％，HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123(中高温热泵混合工质-7，包含HCFC-123为零组分时，HFC-134a/HCFC-142b为二元混合工质)20-95/5-50/0-75％，HFC-134a/HCFC-124/HFC-245fa(中高温热泵混合工质-8，包含HCFC-124为零组分时，HFC-134a/HFC-245fa为二元混合工质)30-95/0-70/10-60％，HFC-152a/HFC-134a/HFC-236fa(中高温热泵混合工质-9，包含HFC-152a为零组分时，HFC-134a/HFC-236fa为二元混合工质)0-25/20-70/30-80％，HFC-152a/HCFC-124/HFC-236fa(中高温热泵混合工质-10，包含HCFC-124为零组分时，HFC-152a/HFC236-fa为二元混合工质)5-30/0-60/10-95％，HCFC-124/HC-600a(中高温热泵混合工质-11)90-99/1-10％。
本发明所述混合工质的制备方法是，将各组元物质按其指定的质量配比在常温下进行物理混合即可。
本发明具有以下优点及有益效果
(1)符合环保要求本发明的ODP等于零或接近于零，多数混合工质中的GWP较低，小于1000。可见其环境特性优良，符合保护臭氧层、减小温室效应的要求。(2)热工参数适宜在中高温热泵设计工况下，压力水平与HCFC22在标准空调工况下的相近，排温低于HCFC22压缩机的排温限。因此，高温热泵系统设计中可采用HCFC22的空调压缩机，无需为本发明工质另行专门设计压缩机。(3)循环性能优良本发明在高温热泵设计工况下的供热COP为4.4左右、单位质量供热量基本在110kJ/kg以上、单位容积供热量在3500kJ/m3左右，循环性能优良。换热器负荷与HCFC22空调系统相近，可将本发明工质直接灌注(有些工质要求更换润滑油)于现有HCFC22空调机组，将其转化为新工质的中高温热泵机组，能够保证循环能效和机组主要硬件匹配度。
表1中高温热泵混合工质中所含组元的基本参数Tb正常沸点，Tc临界温度，Pc临界压力TbTcPc组元 名称 分子式 分子量ODP GWP℃ ℃ MPaHCFC123 1，1-二氯- CHCl2CF3152.93 27.85 183.79 3.6740.02 902，2，2-三氟乙烷HCFC124 一氯-1，2，2 CHClFCF3136.48 -12.05 122.50 3.6340.02 4402-四氟乙烷HFC134a 1，1，1，2-CF3CH2F 102.03 -26.15 101.06 4.0560 1300四氟乙烷HCFC142b 1-一氯-1，1CClF2CH3100.50 -9.25 137.14.2460.06 1800二氟乙烷HFC152a 1，1- CHF2CH366.05-24.15 113.29 4.5200 150二氟乙烷HFC245fa 1，1，1，3，3-五氟 CF3CH2CHF2134.015.30 157.50 3.6440 790丙烷HFC236fa 1，1，1，3，3，3- CF3CH2CF3152.01 -1.11 130.60 3.1770 6300六氟丙烷HC600a异丁烷 CH(CH3)2CH358.12 -11.8 135.00 3.6500 ＜50具体实施方式
实施例1取13mass％HFC-134a、53mass％HCFC-124、34mass％HCFC-142b，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例2取24mass％HFC-152a、62mass％HCFC-124、14mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例3取12mass％HFC-152a、52mass％HFC-134a、36mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例4取67mass％HFC-134a、0mass％HCFC-124、33mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例5取16mass％HFC-152a、70mass％HCFC-124、14mass％HFC-245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例6取71mass％HCFC-124、17mass％HCFC-142b、12mass％HFC-152a，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例7取55mass％HFC-134a、18mass％HCFC-142b、27mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例8取9mass％HFC-134a、8mass％HCFC-124、83mass％HFC-245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例9取23mass％HFC-152a、7mass％HFC-134a、70mass％HFC-236fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例10取23mass％HFC-152a、24mass％HCFC-124、53mass％HFC-236fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例11取95mass％HCFC-124、5mass％HC-600a，常温下进行物理混合后作为制冷剂。
若热泵系统的设计工况取为平均蒸发温度为40℃，平均冷凝温度为90℃，吸气过热温度为5℃(对有些工质，为保证避免湿压缩，取排气过热度为5℃)，过冷温度为5℃，压缩过程定熵效率为85％，根据循环计算，上述11个实施例的有关参数和循环性能指标如表2所示。
表2本发明实施例性能
权利要求
1.一组中高温热泵混合工质，含有1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷(HCFC-123)，一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，一氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，异丁烷(HC-600a)，1，1，1，3，3，3-六氟丙烷(HFC-236fa)等组元物质，其特征是由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-142b组成中高温热泵混合工质-1，由HFC-152a、HCFC-124、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-2，由HFC-152a、HFC-134a、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-3，由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-4，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-245fa组成中高温热泵混合工质-5，由HCFC-124、HCFC-142b、HFC-152a组成中高温热泵混合工质-6，由HFC-134a、HCFC-142b、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-7，由HFC-134a、HCFC-124、HFC-245fa组成中高温热泵混合工质-8，由HFC-152a、HFC-134a、HFC-236fa组成中高温热泵混合工质-9，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-236fa组成中高温热泵混合工质-10，由HCFC-124、HC-600a组成中高温热泵混合工质-11。
2.按照权利要求1所述的中高温热泵混合工质，其特征是上述各种组元物质的具体配比(质量百分数)为HFC-134a/HCFC-124/HCFC-142b(中高温热泵混合工质-1)5-50/30-90/0-60％，HFC-152a/HCFC-124/HCFC-123(中高温热泵混合工质-2)5-40/40-90/20-60％，HFC-152a/HFC-134a/HCFC-123(中高温热泵混合工质-3)5-40/30-90/5-70％，HFC-134a/HCFC-124/HCFC-123(中高温热泵混合工质-4)20-90/0-40/10-80％，HFC-152a/HCFC-124/HFC-245fa(中高温热泵混合工质-5)5-30/40-90/5-30％，HCFC-124/HCFC-142b/HFC-152a(中高温热泵混合工质-6)40-95/0-30/5-30％，HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123(中高温热泵混合工质-7)20-95/5-50/0-75％，HFC-134a/HCFC-124/HFC-245fa(中高温热泵混合工质-8)30-95/0-70/10-60％，HFC-152a/HFC-134a/HFC-236fa(中高温热泵混合工质-9)0-25/20-70/30-80％，HFC-152a/HCFC-124/HFC-236fa(中高温热泵混合工质-10)5-30/0-60/10-95％，HCFC-124/HC-600a(中高温热泵混合工质-11)90-99/1-10％。
全文摘要
一组中高温热泵混合工质，适合作为冷凝温度为60－120℃的中高温热泵系统的制冷剂。该组混合工质由HCFC－123、HCFC－124、HFC－134a、HCFC－142b、HFC－152a、HFC－245fa、HFC236－fa、HC－600a八种物质按不同的质量比例组成的二元和三元混合物。其制备方法是，将上述各种组元按指定的配比在常温下进行物理混合，得到相应的混合工质。本发明工质基本不破坏臭氧层，温室效应势较低，符合环保要求；热工参数适宜，循环性能优良，既可采用HCFC22空调压缩机优化设计新工质中高温热泵系统，又可将新工质直接应用于原HCFC22空调机组，将原空调机组转换为新工质中高温热泵机组。
文档编号C09K5/04GK1425735SQ03100578
公开日2003年6月25日 申请日期2003年1月20日 优先权日2003年1月20日
发明者王怀信, 马利敏, 郑臣明 申请人:天津大学